RU2031740C1 - Flame spraying torch - Google Patents
Flame spraying torch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031740C1 RU2031740C1 SU5048421A RU2031740C1 RU 2031740 C1 RU2031740 C1 RU 2031740C1 SU 5048421 A SU5048421 A SU 5048421A RU 2031740 C1 RU2031740 C1 RU 2031740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- mouthpiece
- row
- nozzles
- angle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Nozzles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотермических покрытий, в частности к аппаратуре газопламенного напыления, работающей преимущественно на смеси газов-заменителей ацетилена (метан, природный газ, пропан-бутан и др.) с кислородом. The invention relates to the field of thermal spray coatings, in particular to a flame spraying apparatus operating primarily on a mixture of acetylene substitute gases (methane, natural gas, propane-butane, etc.) with oxygen.
Известна горелка для напыления [1], включающая корпус с каналами подачи горючего газа, кислорода, мундштук с порошковым каналом и концентрично расположенные вокруг него газовые сопла, причем газовые сопла в мундштуке выполнены поочередно под углом 2-5о и 9-15о к оси порошкового сопла.Known burner for sputtering [1], comprising a housing with channels supplying a combustible gas, oxygen, powder mouthpiece channel and arranged concentrically around gas nozzle wherein the gas nozzle in the mouthpiece are arranged alternately at an angle of about 2-5 and 9-15 to the axis of powder nozzle.
Недостатки аналога: неудовлетворительное качество покрытий, нанесенных при использовании в качестве горючего газа - метана (природного газа). The disadvantages of the analogue: poor quality coatings applied when used as combustible gas - methane (natural gas).
В качестве прототипа принята автоматическая установка для газопламенной металлизации [2], в состав которой входит горелка для газопламенного напыления, содержащая корпус с каналами подачи горючего газа, окислителя и воздуха, мундштук с центральным каналом для подачи напыляемого материала, вокруг которого концентрично расположен ряд газовых сопел, воздушное сопло, соединенное с каналом подачи воздуха, образующее с мундштуком кольцевой зазор с углом наклона к оси мундштука. As a prototype, an automatic installation for gas-flame metallization was adopted [2], which includes a burner for gas-flame spraying, comprising a housing with channels for supplying combustible gas, an oxidizer and air, a mouthpiece with a central channel for supplying the sprayed material, around which a series of gas nozzles are concentrically located , an air nozzle connected to the air supply channel, forming with the mouthpiece an annular gap with an angle of inclination to the axis of the mouthpiece.
Недостаток данной горелки - низкое качество покрытий нанесенных при применении в качестве горючего газа газов - заменителей ацетилена. The disadvantage of this burner is the low quality of coatings applied when using gases - substitutes for acetylene as combustible gas.
Другой недостаток - большие потери напыляемого материала, вызванные низким коэффициентом использования напыляемого материала при использовании газов - заменителей ацетилена. Another disadvantage is the large losses of the sprayed material, caused by the low coefficient of use of the sprayed material when using gases - substitutes for acetylene.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества нанесенных покрытий и снижение потерь напыляемого материала или повышение коэффициента использования напыляемого материала. The aim of the invention is to improve the quality of the applied coatings and reduce losses of the sprayed material or increase the utilization rate of the sprayed material.
Поставленная цель достигается тем, что в горелке для газоплазменного напыления, содержащей корпус с каналами подачи горючего газа, окислителя и воздуха, мундштук с торцом и с центральным каналом для подачи напыляемого материала, вокруг которого концентрично расположен ряд газовых сопел, воздушное сопло, соединенное с каналом подачи воздуха, образующее с мундштуком кольцевой зазор с углом наклона к оси мундштука, согласно изобретению в мундштуке выполнен дополнительный ряд газовых сопел, концентрично расположенных вокруг центрального канала мундштука при угле наклона кольцевого зазора к оси мундштука 8-18о, причем оси второго ряда газовых сопел выполнены под углом 8-18о к оси мундштука, а диаметр торца мундштука составляет 1,5-2,5 диаметра окружности, на которой расположены сопла второго ряда.This goal is achieved by the fact that in the burner for gas-plasma spraying, comprising a housing with channels for supplying combustible gas, oxidizer and air, a mouthpiece with an end face and with a central channel for supplying the sprayed material, around which a series of gas nozzles are concentrically located, an air nozzle connected to the channel air supply, forming with the mouthpiece an annular gap with an angle of inclination to the axis of the mouthpiece, according to the invention, an additional series of gas nozzles are arranged in the mouthpiece concentrically arranged around a central anal mouthpiece at an angle of inclination of the annular gap to the axis of the mouthpiece of 8-18, wherein the axis of the second series of gas nozzles formed at an angle of 8-18 to the axis of the mouthpiece, and the mouthpiece end diameter is 1.5-2.5 diameter circle on which are arranged nozzles of the second row.
Кроме того, в воздушном сопле на выходе выполнен раструб с углом отклонения от оси мундштука 0,5-3о.In addition, in the air nozzle at the outlet a bell is made with an angle of deviation from the axis of the mouthpiece of 0.5-3 about .
Газовые сопла выполнены в виде пазов. Gas nozzles are made in the form of grooves.
Конструкция горелки для газопламенного напыления значительно повышает тепловую эффективность газового пламени путем двойного обжатия основного газового пламени (пламени из сопел первого ряда), т.е. пламени, непосредственно взаимодействующего с частицами напыляемого материала. Обжатие происходит в полости воздушного сопла под динамическим напором двух газовых потоков: сжатого воздуха и газового пламени из сопел второго ряда. В результате обжатия повышается давление в струе основного пламени, что приводит к значительному повышению температуры пламени и в итоге к возрастанию тепловой эффективности газового пламени, обусловливающей повышение качества напыляемых покрытий, поскольку улучшаются условия теплообмена. Последнее связано и с некоторым торможением движения частиц в наиболее горючей части газового пламени, так как потоки направлены под значительным углом к центральной оси. The design of the flame spraying burner significantly increases the thermal efficiency of the gas flame by double compression of the main gas flame (flame from the nozzles of the first row), i.e. flame directly interacting with particles of the sprayed material. Compression takes place in the cavity of the air nozzle under the dynamic pressure of two gas flows: compressed air and a gas flame from nozzles of the second row. As a result of the compression, the pressure in the main flame stream increases, which leads to a significant increase in the flame temperature and, as a result, to an increase in the thermal efficiency of the gas flame, which leads to an increase in the quality of the sprayed coatings, since the heat exchange conditions improve. The latter is also associated with some inhibition of particle motion in the most combustible part of the gas flame, since the flows are directed at a significant angle to the central axis.
Выполнение газовых сопел второго ряда с углом наклона к оси центрального канала в пределах 8-18о совместно с углом наклона кольцевого зазора между мундштуком и воздушным соплом к оси центрального канала в пределах 8-18о обеспечивает получение наиболее высоко концентрированной струи и снижает скорость продвижения частиц в начальной зоне газового пламени, т.е. в наиболее горячей его зоне. Это не только повышает качество напыляемых покрытий, но и весьма существенно увеличивает коэффициент использования напыляемого материала - важнейший критерий оценки эффективности процесса напыления.Execution of the second row of gas nozzles with an angle of inclination to the central axis of the channel within about 8-18 together with an angle of inclination of the annular gap between the mouthpiece and the air nozzle to the central bore axis within about 8-18 provides a most highly concentrated jet and reduce the speed of advance of the particles in the initial zone of the gas flame, i.e. in its hottest zone. This not only improves the quality of the sprayed coatings, but also very significantly increases the utilization rate of the sprayed material - the most important criterion for assessing the effectiveness of the spraying process.
Выполнение диаметра торца мундштука в пределах 1,5-2,5 диаметра окружности второго ряда газовых сопел позволяет "растянуть" длину обжатия и устранить захолаживающий эффект струи сжатого воздуха. The execution of the diameter of the end face of the mouthpiece in the range of 1.5-2.5 of the circumference of the second row of gas nozzles allows you to "stretch" the length of the compression and eliminate the cooling effect of a jet of compressed air.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена горелка для газопламенного напыления, разрез. The invention is illustrated in the drawing, which shows a burner for flame spraying, section.
Горелка для газопламенного напыления включает корпус 1 с каналами подачи воздуха 2, кислорода 3, газа-заменителя ацетилена 4, мундштук 5 с газовыми соплами первого ряда 6 и газовыми соплами второго ряда 7, торцом 8, воздушное сопло 9 с выходным раструбом 10. Воздушное сопло 9 образует с мундштуком 5 кольцевой зазор 11, выполненный под углом наклона γ к оси центрального канала 12. Газовые сопла второго ряда 7 выполнены под углом α наклона к оси центрального канала 12. Сопла второго ряда 7 располагаются на окружности с диаметром d торец 8 имеет диаметр D. Воздушное сопло крепится к корпусу 1 накидной гайкой 13. В полости мундштука 5 имеется фигурная вставка 14 с смесительными камерами 15 и соплами инжекторов 16 и щелью 17. Фиксирование мундштука 5 в корпусе 1 осуществляется гайкой 18. Воздушное сопло 9 имеет радиальное отверстие 19. Фигурная вставка 14 фиксируется в корпусе 1 с образованием полости 20. The flame spraying burner includes a housing 1 with
Горелка снабжена устройством 21. При напылении покрытий из порошковых материалов, это устройство представляет собой порошковый питатель, при напылении покрытий из проволоки, стержней, гибких шнуров - привод с воздушным или электрическим двигателем, снабженный понижающим редуктором. The burner is equipped with a
Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.
В каналы 2, 3, 4 подается соответственно воздух, кислород и горючий газ. Кислород из канала 3 поступает в полость 20 через специальные проточки (на чертеже не показаны), затем в сопла инжекторов 16. Далее кислород, минуя щель 17, поступает в смесительные камеры 15. В результате происходит подсос горючего газа через щель 17 в смесительные камеры 15, где и происходит образование горючей смеси, которая затем подается в сопла первого ряда 6 и второго ряда 7. Горючий газ поступает в щель 17 из канала 4. По выходе из газовых сопел 6 и 7 газовая смесь поджигается и образуется пламя. In
Сжатый воздух из канала 2 подается в полость накидной гайки 13, откуда поступает в кольцевой зазор 11, выполненный под углом наклона к оси центрального канала 12. В результате имеет место значительный обжим газового пламени в полости воздушного сопла 9. Обжим пламени из сопел первого ряда 6 осуществляется и пламенем из газовых сопел второго ряда 7. Этот двойной обжим обеспечивает получение высококонцентрированной газовой струи без эффекта ее захолаживания воздухом (последнее обеспечивается соотношением между диаметром торца D мундштука 5 и диаметром окружности второго ряда газовых сопел d в пределах (1,5-2,5):1. Compressed air from the
При применении в качестве напыляемого материала порошка происходит следующее. When using powder as a spray material, the following occurs.
При прохождении частиц порошка через газовое пламя достигается их нагрев до твердо-пластичного состояния. Под действием двойного обжима имеет место снижение скорости продвижения частиц через начальную зону газового пламени (наиболее высокотемпературную). Таким образом, обеспечивается значительное улучшение условий теплообмена частиц с газовым пламенем за счет увеличения времени контактирования с горячей зоной газового пламени и за счет повышения температуры газового пламени, поскольку давление в газовой струе возрастает. With the passage of powder particles through a gas flame, they are heated to a hard-plastic state. Under the action of double crimping, there is a decrease in the rate of particles moving through the initial zone of the gas flame (the highest temperature). Thus, a significant improvement in the heat transfer conditions of particles with a gas flame is achieved by increasing the contact time with the hot zone of the gas flame and by increasing the temperature of the gas flame, since the pressure in the gas stream increases.
При получении покрытий из проволочных материалов частицы образуются путем срыва с торца оплавляемого материала. Upon receipt of coatings from wire materials, particles are formed by tearing the material to be melted from the end.
Эффект двойного обжима основного газового пламени, а следовательно, и качество напыляемых покрытий в определяющей мере зависит от углов наклона γ (кольцевого зазора 11) и α (газовых сопел второго ряда 7) к центральной оси, а также от соотношения диаметра торца мундштука D к диаметру окружности второго ряда газовых сопел d. The effect of double crimping of the main gas flame, and therefore the quality of the sprayed coatings, to a decisive extent depends on the inclination angles γ (ring gap 11) and α (gas nozzles of the second row 7) to the central axis, as well as on the ratio of the diameter of the end face of the mouthpiece D to the diameter the circumference of the second row of gas nozzles d.
При углах γ и α к оси центрального канала менее 8о имеет место недостаточная концентрированность газового пламени, что не позволяет получать качественные покрытия и коэффициент использования напыляемого порошка, например, марки ПГ-10Н-01 составляет около 50% при напылении на "вал" ⌀ 30 мм и покрытие имеет рыхлую структуру.At angles γ and α to the axis of the central channel less than 8 °, there is insufficient concentration of the gas flame, which does not allow obtaining high-quality coatings and the coefficient of use of the sprayed powder, for example, grade ПГ-10Н-01, is about 50% when spraying onto a “shaft” ⌀ 30 mm and the coating has a loose structure.
При углах наклона γ и α к оси центрального канала более 18о при оптимальных соотношениях расходов горючего газа и кислорода наблюдается сильный нагрев как воздушного сопла, так и самого мундштука за счет отраженного пламени. Для их охлаждения приходится существенно увеличивать расход сжатого воздуха, что приводит к захолаживанию газового пламени. В результате частицы напыляемого материала не получают требуемого теплосодержания и по этой причине напыляемое покрытие не обладает достаточной прочностью сцепления с подложкой и само покрытие имеет рыхлую и пористую структуру, а коэффициент использования напыляемого материала становится невысоким. Например, при напылении покрытия из порошкового материала типа ПГ 10Н-01 на "вал" ⌀ 30 мм коэффициент использования не превышает 45%.When the inclination angles α and γ to the central axis of the channel at more than 18 of the optimal ratios of combustible gas and oxygen costs observed strong heating of both the air nozzle and the mouthpiece of the reflected due to flame. To cool them, it is necessary to significantly increase the flow of compressed air, which leads to cooling of the gas flame. As a result, the particles of the sprayed material do not receive the required heat content and for this reason, the sprayed coating does not have sufficient adhesion to the substrate and the coating itself has a loose and porous structure, and the coefficient of utilization of the sprayed material becomes low. For example, when spraying a coating of powder material such as PG 10N-01 on a “shaft” ⌀ 30 mm, the utilization rate does not exceed 45%.
Наилучший эффект достигается при углах наклона γ и α к оси центрального канала в пределах от 8 до 18о. Процесс напыления протекает очень устойчиво, без заметного нагрева воздушного сопла, пламя хорошо концентрировано, напыляемое покрытие характеризуется высокой плотностью и прочностью сцепления с подложкой, коэффициент использования достигает 85%.The best effect is achieved when the angles of inclination γ and α to the axis of the Central channel in the range from 8 to 18 about . The spraying process is very stable, without noticeable heating of the air nozzle, the flame is well concentrated, the sprayed coating is characterized by high density and adhesion to the substrate, the utilization rate reaches 85%.
Захолаживание высококонцентрированной газовой струи в значительной мере зависит от соотношений диаметра торца мундштука D и диаметра окружности второго ряда газовых сопел d. Cooling of a highly concentrated gas jet largely depends on the ratio of the diameter of the end face of the mouthpiece D and the diameter of the circle of the second row of gas nozzles d.
При диаметре D, превышающем 2,5 диаметра d, снижается концентрированность газовой струи. Для ее повышения увеличивают расход сжатого воздуха, что приводит к возрастанию доли азота в газовом пламени, в результате происходит снижение температуры газового пламени, тепловая эффективность его резко падает. Это обусловливает ухудшение качества покрытия и снижение коэффициента использования напыляемого материала. Например, при напылении покрытий на "вал" ⌀ 30 мм из порошка марки ПГ-10Н-01 этот коэффициент составляет всего около 43%. With a diameter D exceeding 2.5 diameters d, the concentration of the gas stream decreases. To increase it, the consumption of compressed air is increased, which leads to an increase in the fraction of nitrogen in the gas flame, as a result, the temperature of the gas flame decreases, its thermal efficiency drops sharply. This causes a deterioration in the quality of the coating and a decrease in the utilization rate of the sprayed material. For example, when spraying coatings on a “shaft” ⌀ 30 mm from a powder of grade PG-10N-01, this coefficient is only about 43%.
При диаметре D, составляющем менее 1,5 диаметра d, сжатый воздух начинает оказывать захолаживающее действие на газовую струю уже при нормальном расходе сжатого воздуха. Поэтому расход его приходится снижать, что имеет следствием сжатие концентрированности газовой струи, так как энергии динамического напора воздушного потока уже не хватает, чтобы обжать газовое пламя, и в итоге тепловая эффективность пламени падает, качество покрытия ухудшается, коэффициент использования напыляемого материала уменьшается. With a diameter D of less than 1.5 times the diameter d, compressed air begins to exert a cooling effect on the gas stream even at a normal flow rate of compressed air. Therefore, it is necessary to reduce its consumption, which results in a compression of the concentration of the gas stream, since the energy of the dynamic pressure of the air flow is already not enough to compress the gas flame, and as a result, the thermal efficiency of the flame decreases, the quality of the coating deteriorates, and the utilization rate of the sprayed material decreases.
Отсутствие захолаживания газового пламени при сохранении высокой степени обжатия газового пламени достигается при диаметре торца мундштука D, составляющем 1,5-2,5 диаметра окружности, на которой располагаются сопла второго ряда. При оптимальном соотношении, равном 2, коэффициент использования при напылении порошка марки ПГ-10Н-01 на "вал" ⌀ 30 мм достигает 92%. Полученное покрытие отличается высокой плотностью, хорошими когезионными и адгезионными свойствами. The absence of cooling of the gas flame while maintaining a high degree of compression of the gas flame is achieved when the diameter of the end of the mouthpiece D is 1.5-2.5 of the diameter of the circle on which the nozzles of the second row are located. With an optimal ratio of 2, the utilization coefficient for spraying PG-10N-01 powder onto a “shaft” ⌀ 30 mm reaches 92%. The resulting coating is characterized by high density, good cohesive and adhesive properties.
Для повышения скорости вылета напыляемых частиц из воздушного сопла (что повышает кинетическую энергию удара на покрываемую поверхность), можно выполнить в воздушном сопле раструб с углом отклонения от оси центрального канала в пределах 0,5-3о. Именно в этих пределах наблюдается наилучший эффект.To increase the speed of emission of sputtered particles from the air nozzle (which increases the kinetic energy of impact on the coated surface), can be performed in the air bell nozzle with deflection angle from the central axis of the channel within about 0.5-3. It is within these limits that the best effect is observed.
Для снижения трудоемкости изготовления можно газовые сопла как первого, так и второго рядов выполнять в виде пазов. To reduce the complexity of manufacturing, gas nozzles of both the first and second rows can be made in the form of grooves.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5048421 RU2031740C1 (en) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Flame spraying torch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5048421 RU2031740C1 (en) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Flame spraying torch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2031740C1 true RU2031740C1 (en) | 1995-03-27 |
Family
ID=21607351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5048421 RU2031740C1 (en) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | Flame spraying torch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2031740C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2600643C2 (en) * | 2015-03-23 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for application of coating of polymer powder compositions by electro-gas-flammed method |
-
1992
- 1992-06-17 RU SU5048421 patent/RU2031740C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1210902, кл. B 05B 7/20, 1986. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 213513, кл. B 05B 7/20, 1968. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2600643C2 (en) * | 2015-03-23 | 2016-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for application of coating of polymer powder compositions by electro-gas-flammed method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6861101B1 (en) | Plasma spray method for applying a coating utilizing particle kinetics | |
| US4964568A (en) | Shrouded thermal spray gun and method | |
| US5120582A (en) | Maximum combustion energy conversion air fuel internal burner | |
| EP0453865B1 (en) | Angular gas cap for thermal spray gun | |
| JPH085018A (en) | Liquid fuel atomizer having small angle of atomization for combustion | |
| CN104498862B (en) | High-speed gas-electric arc composite thermal spraying method and spray gun used in same | |
| JP4908854B2 (en) | Liquid fuel HVOF spray gun and burner design | |
| US4836447A (en) | Duct-stabilized flame-spray method and apparatus | |
| WO2009155702A1 (en) | Low-temperature oxy-fuel spray system and method for depositing layers using same | |
| EP0614044A2 (en) | Process and device for combustion-enhanced atomization and vaporization of liquid fuels | |
| US5135166A (en) | High-velocity thermal spray apparatus | |
| CN107904541A (en) | A kind of supersonic flame spraying method and spray equipment | |
| US3136484A (en) | Angular blast gas cap | |
| RU2031740C1 (en) | Flame spraying torch | |
| US3833356A (en) | Method and apparatus for injecting oil into the tuyeres of a blast furnace | |
| US5685706A (en) | V-jet atomizer | |
| US4269358A (en) | Binary fluid burner device with burner units combined which functions as if it were a single large-capacity burner | |
| RU2033864C1 (en) | Gas-flame spraying burner | |
| CN207596939U (en) | A kind of supersonic flame sprayer | |
| RU2031739C1 (en) | Flame plating torch | |
| CN111998343A (en) | Single-nozzle multi-beam flame nozzle | |
| CN111549309B (en) | Low-temperature high-speed flame spraying gun | |
| RU2212953C2 (en) | Burner for flame plating | |
| US5269462A (en) | Process and apparatus for the formation of a deposit by projection of a coating material on a substrate | |
| SU1291215A1 (en) | Apparatus for thermokinetic deposition by spraying |